در ماهِ مارچِ 2012 ژوزف پولشینسکی (Joseph Polchinski) در اندیشه‌ی یک خودکشیِ ریاضی افتاد. او که فیزیک‌دانی در شاخه‌ی نظریه‌ی ریسمان در موسسه‌ی فیزیکِ نظریِ کاولی (Kavli) در سانتاباربارای کالیفرنیاست، در این اندیشه فرو رفت که اگر فضانوردی به درونِ یک سیاه‌چاله شیرجه بزند برای او چه رخ خواهد داد؟ آشکارا پیداست که او خواهد مُرد، اما چگونه؟

بنابر توجیهِ پذیرفته‌شده، فضانورد در ابتدا چیزی احساس نخواهد کرد، حتی هنگامی که در حالِ گذر از افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله است. بنا به تعریف، افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله مرزی نامریی‌ست که هیچ چیز  از پشتِ آن نمی‌تواند به بیرونِ سیاه‌چاله بگریزد. اما پس از گذرِ چندین ساعت، روز، و یا هفته (اگر سیاه‌چاله به اندازه‌ی کافی بزرگ باشد) این فضانورد در خواهد یافت که نیروی گرانشی که به پاهای او وارد می‌شود بیش از نیرویی‌ست که به سرش وارد می‌شود. هم‌چنان که شیرجه‌ی فضانورد او را بی‌امان به سمتِ مرکزِ سیاه‌چاله می‌کشاند، این اختلافِ نیروی گرانشی افزایش یافته و پیکرِ او را از هم خواهد درید و سپس بقایای او در هسته‌ی بی‌نهایت‌چگالِ سیاه‌چاله خورد خواهد شد.

اما محاسباتِ پولشینسکی که به همراهِ دو تن از دانش‌جویانش –احمد المری (Ahmed Almheiri) و جیمز سالی (James Sully)- و با هم‌کاریِ یک نظریه‌پردازِ دیگر در شاخه‌ی ریسمان به نامِ دونالد مارولف (Donald Marolf) از دانش‌گاهِ کالیفرنیا واقع در سانتاباربارا ( به اختصار UCSB) انجام شده است، داستانِ دیگری را بازگو می‌کند [1]. بنابر محاسباتِ وی، اثراتِ کوانتومی سبب می‌شوند که افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله به گردبادی خروشان از ذرات تبدیل شود. هرکس که به سوی افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله سقوط کند، به دیواری آتشین رسیده و در یک چشم‌به‌هم‌زدن، بِرِشته خواهد شد.

ادعای این گروه در جولایِ 2012 منتشر شد و جامعه‌ی فیزیک را شگفت‌زده کرد. وجودِ چنین دیوارِ آتشینی یکی از اصولِ بنیادینِ فیزیک را که نزدیک به یک قرنِ پیش توسطِ آلبرت اینشتین پایه‌گذاری شده بود، زیرِ پا می‌گذارد. این اصل که اینشتین آن را بنیانی برای نظریه‌ی گرانشیِ نسبیتِ عامِ خود قرار داد با نامِ «اصلِ هم‌ارزی» شناخته می‌شود. این اصل بیان می‌دارد که ناظری که به درونِ یک میدانِ گرانشی سقوط می‌کند (حتی اگر این میدانِ گرانشی به اندازه‌ی میدانِ درونِ یک سیاه‌چاله نیرومند باشد)، پدیده‌ها را دقیقاً همانندِ ناظری می‌بیند که در فضایی تهی غوطه‌ور است. بدونِ این اصل، چارچوبی که اینشتین در نظریه‌ی خود بنا کرد فرو خواهد ریخت.

پولشینسکی و هم‌کارانش که به خوبی از پیامدهای ادعای خود آگاه بودند، طرحِ جای‌گزینی پیش‌نهاد کردند که به ایجادِ دیوارهای آتشین منجر نمی‌شد. اما این راهِ حل نیز هزینه‌ی گزافی در پی داشت. این‌بار فیزیک‌دانان می‌بایست از فروریختنِ یکی دیگر از پایه‌ی دانشِ خود رنج می‌کشیدند: مکانیکِ کوانتومی، نظریه‌ای که بر برهم‌کنش‌های میانِ ذراتِ زیراتمی حاکم است.

پیامدِ این ادعا، طوفانِ پر جوش‌وخروشی از مقاله‌های پژوهشی درباره‌ی «دیوارِ آتشین» بود که هریک در تلاش برای رهایی از این بن‌بست بودند، اما در پایان هیچ‌یک از این تلاش‌ها نتوانست خشنودیِ همگان را در پی داشته باشد. استیو گیدینگز (Steve Giddings) فیزیک‌دانی در شاخه‌ی مکانیکِ کوانتومی در UCSB این شرایط را چنین توصیف می‌کند: «نقطه‌ی عطفی در زمینه‌های بنیادینِ فیزیک که شاید برای حل‌شدن، نیازمندِ یک انقلاب باشد».

متخصصینِ سیاه‌چاله در حالی‌که همه‌ی این اندیشه‌ها را در سر داشتند، ماهِ گذشته در سِرن (آزمایش‌گاهِ فیزیکِ ذراتِ اروپا که در نزدیکیِ ژنو در سوییس قرار دارد) گردِ هم آمدند تا به طورِ رودررو درباره‌ی این موضوع با یک‌دیگر گفت‌وگو کنند. آن‌ها امیدوار بودند که مسیری به سوی یک نظریه‌ی گرانشِ کوانتومیِ وحدت‌یافته بیابند که همه‌ی نیروهای بنیادینِ طبیعت را زیرِ یک چتر گِرد آورد، این همان آرمانی‌ست که در طولِ دهه‌های گذشته، همواره از دست‌رسِ فیزیک‌دانان به دور مانده است.

رافایل بوییسا (Raphael Bousso) که فیزیک‌دانی نظری در شاخه‌ی ریسمان و از دانش‌گاهِ برکلیِ کالیفرنیاست، سخن‌رانیِ خود در نشستِ سرن را با این جمله آغاز کرد: «ایده‌ی دیوارِ آتشین، پایه‌ی باورهای بسیاری از ما در موردِ سیاه‌چاله‌ها را به لرزه انداخت. این ایده دو نظریه‌ی مکانیکِ کوانتومی و نسبیتِ عام را رودرروی یک‌دیگر قرار می‌دهد، بی آن‌که هیچ سرنخی به دستِ ما دهد که در گامِ بعدی باید به کدام سو رفت».

سرچشمه‌های آتشین

ریشه‌های ایده‌ی دیوارِ آتشین که نقطه‌ی عطفی در فیزیکِ سیاه‌چاله‌هاست به سالِ 1974 باز می‌گردد، هنگامی که استیون هاوکینگ (Stephen Hawking) از دانش‌گاهِ کمبریجِ انگلستان نشان داد که اثراتِ کوانتومی سبب می‌شود که بتوان به سیاه‌چاله‌ها دما نسبت داد [2]. سیاه‌چاله‌های منزوی به آرامی و به صورتِ فوتون و ذراتِ دیگر، از خود تابشِ گرمایی گسیل می‌کنند و به این ترتیب اندک‌اندک جرمِ خود را از دست می‌دهند تا جایی که به طورِ کامل تبخیر شوند (مطلبِ «پارادوکسِ اطلاعات را ببینید»).

گرچه این ذراتِ گسیلی نیستند که دیوارِ آتشین را می‌سازند چراکه ریزه‌کاری‌های نطریه‌ی نسبیت هم‌چنان تضمین می‌کند که فضانوردی که در حالِ سقوط به افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله است، متوجهِ این تابش نمی‌شود. با این‌حال نتایجِ هاوکینگ هم‌چنان تکان‌دهنده بود چراکه معادلاتِ نسبیتِ عام پیش‌بینی می‌کند که سیاه‌چاله‌ها تنها می‌توانند اجرامِ دیگر را در کامِ خود فرو برده و بزرگ و بزرگ‌تر شوند، نه آن‌که تبخیر شوند.

استدلالِ هاوکینگ اساساً به این مشاهده منجر می‌شود که در گستره‌ی مکانیکِ کوانتومی، فضای تهی واقعاً تهی نیست. در مقیاسِ میکروسکوپی هیاهویی برپاست، جفتِ ذره-پادذره به طورِ پی‌درپی به وجود آمده و سپس به طورِ ناگهانی بازترکیب شده و نابود می‌شوند. تنها در آزمایش‌گاه‌های بسیار حساس است که پیامدهای چنین هیاهوی میکروسکوپیکی، مشاهده‌پذیر است. هاوکینگ دریافت که هنگامی که یک زوجِ ذره-پادذره درست بیرونِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله پدید بیایند این امکان وجود دارد که پیش از بازترکیب، یکی از این ذرات به درونِ سیاه‌چاله افتاده، ذره‌ی دیگر از چنگِ سیاه‌چاله نجات یافته و به صورتِ تابش، به بیرون از سیاه‌چاله بگریزد. انرژیِ ذره‌ی گریخته از سیاه‌چاله مثبت است، در حالی‌که انرژیِ ذره‌ای که به دام سیاه‌چاله می‌افتد منفی‌ست و به این ترتیب انرژیِ گریخته از سیاه‌چاله خنثی می‌شود (بنابر قانونِ پایستگیِ انرژی، انرژیِ کل در فرآیندِ تولید و نابودیِ زوج، صفر است چراکه زوجِ ذره-پادذره در خلا آفریده و سپس نابود می‌شوند. این به این معناست که از زوجِ آفریده شده، یکی از دو ذره دارای انرژیِ مثبت و ذره‌ی دیگر دارای همان‌مقدار انرژیِ منفی‌ست. ذره‌ای که دارای انرژیِ مثبت است می‌تواند از سیاه‌چاله بگریزد اما ذره‌ی دارای انرژیِ منفی به دامِ سیاه‌چاله می‌افتد. به این ترتیب انرژیِ جهانِ بیرون از سیاه‌چاله اندکی افزایش یافته و انرژیِ درونِ سیاه‌چاله، اندکی کاهش می‌یابد اما هم‌چنان انرژیِ سامانه‌ی کل که شاملِ جهانِ بیرون از سیاه‌چاله و خودِ سیاه‌چاله است، بدونِ تغییر باقی می‌ماند). می‌دانیم بنابر قوانینِ مکانیکِ کوانتومی ذرات می‌توانند انرژیِ منفی نیز اختیار کنند. انتقالِ این مقدار انرژیِ منفی به درونِ سیاه‌چاله به این معناست که سیاه‌چاله اندکی از جرمِ خود را از دست داده و بنابراین رفته‌رفته کوچک‌تر می‌شود.

تحلیلی که نخستین‌بار توسط هاوکینگ بیان شده تا به امروز توسطِ پژوهش‌گرانِ بسیاری دوباره به دست آمده و گسترش یافته است و نتایجی که وی به دست آورده امروزه تقریباً از سوی فیزیک‌دانانِ سراسرِ دنیا پذیرفته شده است. اما این نتایج این ایده‌ی ویران‌گر را نیز به همراهِ خود آورد که تابشِ سیاه‌چاله‌ها به پارادوکسی می‌انجامد که نظریه‌ی مکانیکِ کوانتومی را به چالش می‌کشد.

بنابر قواعدِ مکانیکِ کوانتومی، اطلاعات نابود نمی‌شود. در اصل باید بتوان به کمکِ اندازه‌گیریِ حالتِ کوانتومیِ تابشی که از سیاه‌چاله گسیل می‌شود، داده‌های مربوط به اجسامی که به درونِ سیاه‌چاله افتاده‌اند را بازیابی کرد. اما هاوکینگ نشان داد که این کار چندان هم ساده نیست چون تابشی که از سیاه‌چاله گسیل می‌شود تصادفی‌ست. هیچ تفاوتی ندارد که سیاه‌چاله یک کیلوگرم سنگ را ببلعد یا یک کیلوگرم تراشه‌ی کامپیوتری را، نتیجه کاملاً یکسان است. حتی اگر تا هنگامِ مرگِ یک سیاه‌چاله آن را رصد کنیم باز هم هیچ راهی وجود ندارد که دریابیم چگونه تشکیل شده و یا چه چیزهایی به درونِ آن افتاده‌اند.

این مسئله که «پارادوکسِ اطلاعاتِ سیاه‌چاله» نامیده می‌شود فیزیک‌دانان را به دو جبهه تقسیم کرده است. برخی مانندِ هاوکینگ بر این باورند که پس از مرگِ سیاه‌چاله، اطلاعات نیز نابود می‌شود. این گروه هم‌چنین معتقدند که اگر باورِ آن‌ها درباره‌ی نابودشدنِ اطلاعات، قوانینِ مکانیکِ کوانتومی را زیر پا می‌گذارد باید به دنبالِ قوانین بهتری (برای مکانیکِ کوانتومی) بود. اما برخی دیگر هم‌چنان به مکانیکِ کوانتومی وفادارند، مانندِ جان پرِسکیل (John Preskill) که در شاخه‌ی فیزیکِ کوانتومی در موسسه‌ی فن‌آوریِ کالیفرنیا در پاسادنا مشغول است. او می‌گوید: «برای مدتی من به طورِ جدی به دنبالِ ساختِ نظریه‌ای جای‌گزین (برای مکانیکِ کوانتومی) بودم که نابودیِ اطلاعات را نیز دربر بگیرد. اما به هیچ نظریه‌ی معناداری نرسیدم و هیچ کسِ دیگر نیز نخواهد رسید». این بن‌بست به مدتِ دو دهه ادامه یافت و در سالِ 1997 شناخته‌شده‌ترین نمایش در این جدال رقم خورد، هنگامی که  پرسکیل در حضورِ همگان با هاوکینگ شرط بست که اطلاعات نابود نمی‌شود. جایزه‌ی این شرط‌بندی یک دانش‌نامه به انتخابِ خودِ برنده بود.

اما با کشفِ خوان مالداسِنا (Juan Maldacena) در همان سال، این بن‌بست شکسته شد. وی فیزیک‌دانی بود که پس از آن به دانش‌گاهِ هاروارد در کمبریج رفت. دیدگاهِ مالداسنا بر پایه‌ی یک طرحِ پیش‌نهادیِ قدیمی‌تر بنا شده بود که بیان می‌کرد هر ناحیه‌ی سه‌بعدی (3D) از جهانِ ما را می‌توان به کمکِ داده‌هایی که بر روی مرزِ دوبعدیِ (2D) آن رمزنگاری شده است، توصیف کرد [5-3]، درست به همان ترتیبی که به کمکِ پرتوی لیزر می‌توان یک تصویرِ سه‌بعدی را بر روی یک هولوگرامِ دوبعدی رمزنگاری کرد. لئونارد ساسکیند (Leonard Susskind) نظریه‌پردازِ ریسمان از دانش‌گاهِ استنفورد در کالیفرنیا و یکی از کسانی‌ست که این فرضیه را مطرح کرده است [4]. او می‌گوید: «ما واژه‌ی «هولوگرام» را به عنوانِ یک استعاره به کار بردیم. اما پس از پیش‌بردِ محاسباتِ ریاضی، چنین به نظر می‌رسید که این فرضیه یک معنای لغوی هم دربر دارد و آن عبارت‌ست از این‌که کیهان، برافکنشی (تصویری) از اطلاعات بر روی یک مرز است».

آن‌چه که مالداسنا پیش‌نهاد کرد یک فرمول‌بندیِ ریاضیِ ملموس [6] از ایده‌ی هولوگرام بود که از دیدگاه‌های نظریه‌ی ابرریسمان بهره می‌گرفت، نظریه‌ای که این فرض را به عنوانِ مبنا قرار می‌دهد که ذراتِ بنیادی از ترکیبِ حلقه‌های بسیار کوچک و مرتعشِ انرژی ساخته شده‌اند. مدلِ او جهانی سه‌بعدی را در نظر می‌آورد که ریسمان‌ها و سیاه‌چاله‌ها را دربر گرفته است.  این ریسمان‌ها و سیاه‌چاله‌ها که تنها گرانش بر آن‌ها فرمان می‌راند در سطحی دوبعدی مقید شده‌اند. در این سطحِ دوبعدی ذرات بنیادی و میدان‌ها از قوانینِ رایجِ مکانیکِ کوانتومی، بدونِ در نظر گرفتنِ گرانش، پیروی می‌کنند. ساکنانِ فرضیِ این فضای سه‌بعدی هرگز این مرز (دوبعدی) را نخواهند دید چراکه این مرز از آن‌ها بی‌نهایت دور است. اما این مسئله مهم نیست چون هر آن‌چه در این جهانِ سه‌بعدی رخ دهد را می‌توان به طورِ هم‌ارز به کمکِ معادلاتِ حاکم بر مرزِ دوبعدی توصیف کرد و برعکس. مالداسنا چنین توضیح می‌دهد: «من دریافتم که می‌توان واژه‌نامه‌ای ریاضی یافت و به کمکِ آن زبان‌های این دو جهان را به یک‌دیگر ترجمه کرد».

این به این معنا بود که حتی تبخیرِ سیاه‌چاله‌ها که پدیده‌ای در جهانِ سه‌بعدی‌ست را می‌توان در جهانِ دوبعدی توصیف کرد، یعنی جایی که گرانشی در آن تعریف نمی‌شود، قوانینِ مکانیکِ کوانتومی حاکمِ بی‌چون‌وچراست و اطلاعات هرگز نابود نمی‌شود. اگر اطلاعات در چنین جایی پایسته می‌ماند باید در جهانِ سه‌بعدی نیز چنین باشد، یعنی اطلاعات باید به گونه‌ای از سیاه‌چاله به بیرون بگریزد.

یکی برای همه

پس از گذشتِ چند سال، مارولف (Marolf) نشان داد که هر مدلی که برای گرانشِ کوانتومی نوشته شود از قوانینِ یکسانی پیروی خواهد کرد، مستقل از آن‌که این مدل بر پایه‌ی نظریه‌ی ریسمان ساخته شده باشد یا خیر [7]. تِد جکوبسون (Ted Jacobson) فیزیک‌دانی در شاخه‌ی مکانیکِ کوانتومی در دانش‌گاهِ مریلند در کالج‌پارک که برای مدت‌ها هوادارِ نظریه‌ی نابودیِ اطلاعات بود چنین می‌گوید: «ترکیبی از کارهای پژوهشیِ مالداسنا و مارولف بود که سبب شد دیدگاهِ من (به سودِ مخالفانِ نابودیِ اطلاعات) تغییر کند». در سالِ 2004 هاوکینگ در حضورِ همگان پذیرفت که دیدگاهش نادرست بوده و برای به‌جا آوردنِ شرطی که با پرسکیل بسته بود یک دانش‌نامه‌ی بیس‌بال به وی هدیه داد.

کشفِ مالداسنا چنان قدرتمند و مستدل بود که بیش‌ترِ فیزیک‌دانان انگاشتند که پارادوکسِ اطلاعاتِ سیاه‌چاله به نتیجه رسیده است. اگرچه هیچ‌کس تاکنون توضیحی برای این مطلب ندارد که چگونه اطلاعات از راهِ تابشِ هاوکینگ به بیرون از سیاه‌چاله منتقل می‌شود. پولشینسکی می‌گوید: «گمان می‌کنم که همگی تنها وانمود می‌کنیم که باید پاسخِ سرراستی برای این مسئله وجود داشته باشد».

اما چنین نبود. در ابتدای سالِ 2012 پولشینسکی و گروهش خود را موظف دانستند که پایانِ نادقیق و سرسریِ پارادوکسِ اطلاعاتِ سیاه‌چاله را روشن سازند. دیری نگذشت که آن‌ها نیز به پارادوکسی برخوردند که تا امروز حل‌نشده باقی مانده است. همین پارادوکس بود که سرانجام آن‌ها را به سوی ایده‌ی دیوارِ آتشینِ مرگ‌بار کشانید.

هاوکینگ نشان داده بود که حالتِ کوانتومیِ هر ذره‌ای که از سیاه‌چاله می‌گریزد، تصادفی‌ست. بنابراین حالتِ ذره نمی‌تواند هیچ اطلاعاتِ سودمندی دربر داشته باشد. اما در میانه‌ی دهه‌ی 1990 ساسکیند و دیگران دریافتند که اگر حالتِ ذراتِ گسیل‌شده از سیاه‌چاله به گونه‌ای درهم‌تنیده باشد، آن‌گاه اطلاعات می‌توانند در حالت‌های کوانتومیِ تابشِ سیاه‌چاله رمزنگاری شوند. «حالت‌های درهم‌تنیده» مربوط به دو یا چند ذره است که حالت‌های کوانتومیِ آن‌ها چنان به یک‌دیگر جفت شده‌است که انجامِ هرگونه اندازه‌گیری به روی یکی از این ذرات، روی ذراتِ دیگر نیز تاثیر می‌گذارد. این اثرگذاری بی‌درنگ است، مستقل از آن‌که ذرات در چه فاصله‌ای از هم قرار داشته باشند.

اما چه چیز گروهِ پژوهشیِ پولشینسکی را شگفت‌زده کرده بود؟ ذره‌ای که از دامِ سیاه‌چاله گریخته و به بیرون از آن گسیل می‌شود باید با ذره‌ای که به درونِ سیاه‌چاله فرومی‌افتد، درهم‌تنیده باشد. از سوی دیگر، اگر دیدگاهِ ساسکیند و هم‌نظرانش درست باشد، این ذره باید با همه‌ی ذراتی که پیش از آن به صورتِ تابشِ هاوکینگ از سیاه‌چاله گسیل شده‌اند نیز درهم‌تنیده باشد. این درحالی‌ست که یکی از نتایجِ موشکافانه‌ی مکانیکِ کوانتومی «تک‌جفت بودنِ درهم‌تنیدگی» نام دارد که بیان می‌کند یک سامانه‌ی کوانتومی نمی‌تواند به طورِ هم‌زمان با دو سامانه‌ی مستقل از هم، به طورِ کامل درهم‌تنیده باشد.

پولشینسکی و هم‌کارانش دریافتند که برای گریز از این پارادوکس، باید یکی از این دو درهم‌تنیدگی را گسست. اما آن‌ها نمی‌خواستند از درهم‌تنیدگیِ میانِ ذره‌ی گسیل‌شده و دیگر ذراتِ (تابشِ هاوکینگ) که پیش از آن ذره گسیل شده بودند، دست بکشند چراکه وجودِ این درهم‌تنیدگی برای رمزنگاریِ اطلاعات در تابشِ هاوکینگ ضروری بود. بنابراین چنین تصمیم گرفتند که از درهم‌تنیدگیِ میانِ ذره‌ی گریخته از سیاه‌چاله و جفتش که به درونِ سیاه‌چاله افتاده است، چشم‌پوشی کنند. اما این کار هم بهایی داشت. هم‌چنان که پولشینسکی می‌گوید: «گسستنِ درهم‌تنیدگیِ میانِ این زوج‌ذرات، فرآیندِ سختی‌ست. درست مانند شکستنِ پیوندهای یک مولکول که سبب آزادشدنِ انرژی می‌شود». اما میزانِ انرژی که از گسستنِ درهم‌تنیدگیِ زوج‌ذراتِ بسیاری آزاد می‌شود بی‌اندازه کلان خواهد بود. پولشینسکی می‌افزاید: «بنابراین افقِ روی‌دادِ سیاه‌چاله به معنای واقعیِ کلمه، حلقه‌ای از آتش است که هر کسی را در حالِ سقوط به درونِ سیاه‌چاله خواهد سوزاند». در عوض، این شرایط اصلِ هم‌ارزی را زیرِ پا خواهد گذاشت چون به این نتیجه منجر می‌شود که ناظری که در حالِ سقوط‌آزاد در نزدیکیِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله است خواهد سوخت در حالی که اصلِ هم‌ارزی بیان می‌کند که ناظری که در حالِ سقوط‌آزاد است همه‌چیز را همانندِ ناظری خواهد دید که در فضای تهی غوطه‌ور است. بنابراین اعضای این گروه بر آن شدند که مقاله‌ای را به سِرورِ پیش‌ازچاپِ arXiv فرستاده و فیزیک‌دانان را با گزینشی سخت‌گیرانه روبه‌رو کنند: یک گزینه پذیرشِ این است که دیوارهای آتشین وجود دارند و بنابراین نظریه‌ی نسبیتِ عام درهم فرو خواهد ریخت (چون اصلِ هم‌ارزی دیگر برقرار نخواهد بود)، و گزینه‌ی دیگر آن‌که اطلاعات در سیاه‌چاله‌ها نابود می‌شود و بنابراین مکانیکِ کوانتومی نظریه‌ای نادرست از کار در خواهد آمد [1]. مارولف چنین می‌گوید: «گویا با این شرایطِ گزینشی، دیوارهای آتشین واپسین گزینه‌ی جنون‌آمیز برای ما خواهد بود».

این مقاله جامعه‌ی فیزیک را به لرزه افکند. جکوبسون می‌گوید: «این ادعا که دست‌کشیدن از اصلِ هم‌ارزیِ اینشتین بهترین گزینه است، به راستی تکان‌دهنده بود». بوییسا نیز با این نظر موافق بوده و چنین می‌افزاید: «این ممکن نیست که دیوارِ آتشین در فضای تهی پدیدار شود. درست مانندِ آن است که درفضایی خالی، به ناگاه دیواری آجری ظاهر شده و به صورتِ شما برخورد کند». اگر نظریه‌ی اینشتین در موردِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله کارایی نداشته باشد آن‌گاه کیهان‌شناسان باید از خود بپرسند که آیا جایی هست که بتوان این نظریه را به طورِ تمام‌وکمال به کار بست؟

پولشینسکی اعتراف می‌کند که در ابتدا چنین می‌پنداشته که اشتباهی احمقانه کرده است. به همین دلیل به سراغِ یکی از پدرانِ ایده‌ی هولوگرافی، یعنی ساسکیند می‌رود تا اشتباه خود را دریابد. ساسکیند چنین می‌گوید: «نخستین واکنشِ من این بود که آن‌ها در اشتباه هستند». وی مقاله‌ای منتشر کرده [8] و دیدگاهِ خود را در این باره بازگو می‌کند، اما پس از آن‌که بیش‌تر می‌اندیشد بی‌درنگ وادار می‌شود ادعای خود را پس بگیرد. او با خنده می‌گوید: «دومین واکنشم این بود که نتایجی که آن‌ها به دست آورده‌اند درست است، برای بارِ سوم دوباره پنداشتم که آن‌ها در اشتباهند. اما بارِ چهارم دریافتم که حق با آن‌هاست. این نتیجه‌گیری‌های پیاپی سبب شد به من لقبِ «یویو» بدهند اما درواقع واکنشِ بیش‌ترِ فیزیک‌دانان درباره‌ی نتایجِ به دست آمده توسطِ پولشینسکی، درست مانندِ واکنشِ من بود».

از زمانِ انتشارِ مقاله‌ی پولشینسکی تا امروز، بیش از 40 مقاله در این باره در arXiv به ثبت رسیده است اما هیچ‌کس نتوانسته خدشه و نقطه‌ضعفی در منطق و شیوه‌ی استدلالِ اعضای این گروهِ پژوهشی بیابد. دان پِیج (Don Page) یکی از هم‌کارانِ هاوکینگ در طولِ دهه‌ی 1970 که هم‌اینک در دانش‌گاهِ آلبرتا در ادمونتونِ کاناداست می‌گوید: «این واقعاً بحثی زیباست که ثابت می‌کند جایی، در شیوه‌ی اندیشه‌ی ما در موردِ سیاه‌چاله‌ها، ناسازگاری وجود دارد». البته شماری راه حلِ ابتکاری نیز برای این مسئله پیش‌نهاد شده است.

پارادوکسِ اطلاعات: جسمی که به درونِ سیاه‌چاله می‌افتد له شده و به سوی مرکزِ بی‌نهایت‌چگالِ سیاه‌چاله کشانده می‌شود. دو سناریوی متفاوت در تلاش هستند تا آن‌چه برای محتوای اطلاعاتیِ این جسم رخ می‌دهد را توضیح دهند.

سناریوی نخست: ناپدید شدن. 1) فضای تهی پر از جفت‌های ذره-پادذره است که بنابر اثراتِ کوانتومی تولید شده و با یک‌دیگر هم‌بسته هستند. 2) به طورِ طبیعی زوج‌های ذره-پادذره بی‌درنگ بازترکیب شده و ناپدید می‌شوند. 3) اگر زوجِ ذره-پادذره درست بیرونِ افقِ روی‌دادِ یک سیاه‌چاله تشکیل شوند، آن‌گاه این امکان وجود دارد که یکی از ذرات به درونِ سیاه‌چاله افتاده و دیگری از دامِ سیاه‌چاله بگریزد و به صورتِ تابشِ هاوکینگ از سیاه‌چاله گسیل شود که این تابش قابلِ مشاهده و رصدکردن است. 4) انرژیِ هریک از ذراتی که به درونِ سیاه‌چاله می‌افتند، منفی‌ست و این به این معناست که سیاه‌چاله به طورِ پیوسته در حالِ ازدست‌دادنِ جرمِ خود است. (به غیر از این ذرات که در واقع متعلق به یک زوجِ ذره-پادذره هستند، یک سیاه‌چاله می‌تواند اجسامِ عادی را نیز ببلعد که چون این اجسام، پیش از فروافتادن در سیاه‌چاله به صورتِ زوجِ ذره-پادذره نبوده‌اند پس انرژیِ آن‌ها مثبت است). اگر یک سیاه‌چاله چنین اجسامِ عادی را نبلعد رفته‌رفته جرمِ خود را از دست داده و سرانجام تبخیر می‌شود.

تکینگی که در مرکزِ یک سیاه‌چاله وجود دارد بی‌نهایت کوچک و چگال بوده و هیچ اطلاعاتی درباره‌ی ماده‌ی تشکیل‌دهنده‌ی سیاه‌چاله دربر ندارد.

سناریوی دوم: دیوارِ آتشین. اطلاعات از راه هم‌بستگی‌های موجود میانِ ذراتِ گسیل‌شده از سیاه‌چاله، به بیرون از آن منتقل می‌شود. 1) ذراتِ گسیل‌شده از سیاه‌چاله هم‌بستگیِ خود با ذره‌ی جفتشان که به درونِ سیاه‌چاله افتاده است را می‌شکنند. 2) انرژی (که از گسستنِ هم‌بستگیِ میانِ زوجِ ذره-پادذره) آزاد می‌شود دیواری آتشین در پیرامونِ سیاه‌چاله ایجاد می‌کند. 3) هم‌بستگیِ میانِ ذراتِ گسیل‌شده از سیاه‌چاله دربردارنده‌ی اطلاعاتی درباره‌ی هرآن‌چیزی‌ست که تاکنون به درونِ سیاه‌چاله افتاده است. این اطلاعات را حتی پس از تبخیرِ سیاه‌چاله می‌توان بازیابی کرد.

پیامدها در جهانِ واقعی

بنا به گفته‌ی ساسکیند یکی از راهِ حل‌های نویدبخش، راهِ حلی بود که توسطِ دو پژوهشگر با نام‌های دنیل هارلو (Daniel Harlow) فیزیک‌دانی در شاخه‌ی کوانتوم از دانش‌گاهِ پرینستون در نیوجرسی و پاتریک هایدن (Patrick Hayden) پژوهشگرِ علومِ کامپیوتر از دانش‌گاهِ مک‌گیل در مونترالِ کانادا ارایه داده‌اند. این دو این پرسش را بررسی کرده‌اند که آیا هرگز یک فضانورد می‌تواند توسطِ اندازه‌گیری‌های ممکن در جهانِ واقعی به وجودِ چنین پارادوکسی پی ببرد؟ برای انجامِ چنین کاری نخست او باید بخشِ قابلِ توجهی از تابشِ هاوکینگ که از سیاه‌چاله بیرون آمده است را رمزنگاری کند. سپس برای بررسیِ ذراتی که به درونِ سیاه‌چاله می‌افتند، به درونِ سیاه‌چاله شیرجه بزند. محاسباتِ مربوط به جفت‌ذرات نشان می‌دهد که رمزنگاریِ تابشِ هاوکینگ چنان دشوار (و وقت‌گیر) است که ممکن است پیش از آماده شدنِ فضانورد برای شیرجه زدن، سیاه‌چاله تبخیر شود [9]. هارلو می‌گوید: «گرچه در اصل هیچ قانونی وجود ندارد که از اندازه‌گیریِ این پارادوکس جلوگیری کند، اما چنین اندازه‌گیری در عمل ناممکن است».

با این وجود گیدینگز بر این باور است که پارادوکسِ دیوارِ آتشین برای حل‌شدن نیاز به راهِ حلی انقلابی دارد. او محاسبه‌ای انجام داده که بر اساسِ آن، اگر درهم‌تنیدگیِ میانِ ذره‌ای که به عنوانِ تابشِ هاوکینگ به بیرون از سیاه‌چاله می‌گریزد و ذره‌ی جفتش که به درونِ سیاه‌چاله می‌افتد، از بین نرود تا هنگامی که ذره‌ی گریخته از سیاه‌چاله اندکی از افقِ روی‌داد دور شود، آن‌گاه انرژی که از شکستنِ درهم‌تنیدگیِ آن‌ها آزاد می‌شود بسیار کم‌تر خواهد بود، چنان‌که دیگر هیچ دیوارِ آتشینی تشکیل نخواهد شد [10]. این نتیجه اصلِ هم‌ارزی را محترم می‌شمارد اما در عوض، لزومِ تغییرِ چند قانونِ مکانیکِ کوانتومی را نیز نشان می‌دهد. مدلِ گیدینگز را می‌توان در بوته‌ی آزمایش قرار داد چراکه این مدل پیش‌بینی می‌کند که در صورتِ ادغامِ دو سیاه‌چاله، ریزموج‌های ویژه‌ای در فضازمان تولید می‌شود که به کمکِ رصدخانه‌های امواجِ گرانشیِ موجود بر روی زمین، می‌توان این امواج را شناسایی و آشکارسازی کرد. آگاه‌شدن از همین موضوع، حاضران در گردهماییِ سرن را بسیار هیجان‌زده کرد.

گزینه‌ی دیگری نیز هم‌چنان وجود دارد که اصلِ هم‌ارزی را (از خطرِ بی‌اعتباری) نجات می‌دهد، اما این گزینه چنان بحث‌انگیز است که کم‌تر کسی شهامتِ پشتیبانی از آن را دارد. شاید در همه‌ی این سال‌ها، حق با هاوکینگ بوده و اطلاعات درونِ سیاه‌چاله‌ها به راستی گم می‌شود. این واقعاً طعنه‌آمیز است که پرسکیل، کسی که بر خلافِ ادعای هاوکینگ با وی شرط‌بندی کرده و خودِ او بود که ایده‌ی دیوارهای آتشین را مطرح ساخت، در کارسوقی پیرامونِ موضوعِ دیوارهای آتشین که در پایانِ سالِ گذشته در دانش‌گاهِ استنفورد برگزار شد چنین می‌گوید: «شگفت‌آور است که فیزیک‌دانان به طورِ جدی درباره‌ی احتمالِ گم‌شدنِ اطلاعاتِ درونِ سیاه‌چاله نمی‌اندیشند چون به نظر نمی‌رسد هیچ ایده‌ای به اندازه‌ی ایده‌ی دیوارهای آتشین جنون‌آمیز باشد». البته او می‌افزاید که سرشتِ وی هم‌چنان بر آن است که اطلاعات از دامِ سیاه‌چاله جان سالم به در می‌برند.

روی‌گردانیِ فیزیک‌دانان برای بازبینیِ ادعای هاوکینگ نشانه‌ای از احترامِ بی‌پایانِ آنان نسبت به دانش‌نامه‌ی مالداسناست که گرانش را به نظریه‌ی کوانتوم مرتبط کرده و ظاهراً ثابت می‌کند که اطلاعات درونِ سیاه‌چاله نابود نمی‌شوند. پولشینسکی نتایجِ به دست آمده توسطِ مالداسنا (که تاکنون نزدیک به 9000 ارجاع داشته است) را در جای‌گاهِ مقایسه با کشفی که در قرنِ نوزدهم انجام شد و به ارتباطِ میانِ نور، الکتریسیته و مغناطیس انجامید (نظریه‌ی نسبیتِ خاصِ اینشتین) قرار داده و چنین می‌گوید: «ایده‌ی مالداسنا گرانش را به میدان‌های کوانتومی مرتبط می‌سازد و به همین دلیل، ژرف‌ترین بینشی‌ست که تاکنون در موردِ گرانش به دست آمده است». بوییسا می‌گوید: «به نظرِ من، اگر بحثِ دیوارِ آتشین در ابتدای دهه‌ی 1990 آغاز شده بود، یکی از قوی‌ترین استدلال‌ها به سودِ گم‌شدنِ اطلاعات بود (که به پیروزیِ نظریه‌ی نسبیتِ عام در برابرِ مکانیکِ کوانتومی منجر شده و نادرستیِ نتایجِ مالداسنا را به همراه داشت). اما هم‌اینک (که با آگاهی از نتایجِ مالداسنا بر سرِ دوراهیِ دیوار آتشین قرار گرفته‌ایم که در یک‌سو با پذیرشِ وجودِ دیوارهای آتشین، به باقی‌ماندنِ اطلاعات درونِ سیاه‌چاله و نادرست‌بودنِ اصلِ هم‌ارزیِ اینشتین می‌رسیم و در سوی دیگر با ردِ وجودِ دیوارهای آتشین، به نابود شدنِ اطلاعات و نادرستیِ نتایجِ مالداسنا می‌رسیم) هیچ‌کس نمی‌خواهد این ایده را در سر بپروراند که مالداسنا در اشتباه بوده است».

مالداسنا از این بابت به خود می‌بالد که در رویاروییِ آشکارش با اینشتین، بیش‌ترِ فیزیک‌دانان از او پشتیبانی می‌کنند، گرچه خودِ وی بر این باور است که کار به این‌جا نخواهد کشید. وی هم‌چنین می‌افزاید: «برای درکِ کاملِ پارادوکسِ دیوارِ آتشین شاید نیاز باشد که این دانش‌نامه (میانِ گرانش و نظریه‌ی میدان‌های کوانتومی) را با افزودنِ جزییاتِ هرچه بیش‌تر، کامل‌تر کنیم. اما نیازی نیست که آن را به طورِ کامل کنار بگذاریم».

تنها دیدگاهِ مشترکی که تاکنون به دست آمده آن است که این مسئله به این زودی‌ها برطرف نخواهد شد. پولشینسکی در طولِ گفت‌وگوی خود، همه‌ی ترفند‌های ارایه‌شده برای کم‌ترکردنِ مشکلِ دیوارِ آتشین را به میان آورد و با دقتِ تمام، کاستی‌ها و نقاطِ ضعف هریک را برشمرد و در پایان چنین نتیجه‌گیری کرد: «متاسفم که هنوز هیچ‌کس از دستِ مسئله‌ی دیوارِ آتشین رهایی نیافته است، اما خواهشِ من این است که همگی هم‌چنان به تلاشِ خود ادامه دهیم».

منبع

http://www.nature.com/news/astrophysics-fire-in-the-hole-1.12726

مرجع‌ها

1. Almheiri, A., Marolf, D., Polchinski, J. & Sully, J. Preprint at http://arxiv.org/abs/1207.3123 (2012).

2. Hawking, S. W. Nature 248, 30–31 (1974).

3. Bekenstein, J. D. Phys. Rev. D 7, 2333–2346 (1973).

4. Susskind, L. J. Math. Phys. 36, 6377 (1995).

5. Stephens, C. R., ’t Hooft, G. & Whiting, B. F. Class. Quant. Grav. 11, 621–647 (1994).

6. Maldacena, J. M. Adv. Theor. Math. Phys. 2, 231–252 (1998).

7. Marolf, D. Phys. Rev. D 79, 044010 (2009).

8. Susskind, L. Preprint at http://arxiv.org/abs/1207.4090 (2012).

9. Harlow, D. & Hayden, P. Preprint at http://arxiv.org/abs/1301.4504 (2013).

10. Giddings, S. B. Preprint at http://arxiv.org/abs/arXiv:1302.2613 (2013).